1
Είναι η διαδικασία εύρεσης της διαδρομής που πρέπει να ακολουθήσει ένα πακέτο για να φτάσει στον προορισμό του. Η διαδικασία αυτή δεν είναι πάντα εύκολη, τη στιγμή που γνωρίζουμε ότι ένα σύνθετο δίκτυο (όπως το Internet) μπορεί να διαθέτει πολλές εναλλακτικές διαδρομές που να οδηγούν το πακέτο στον ίδιο προορισμό. Ο αλγόριθμος δρομολόγησης ανήκει στο επίπεδο δικτύου και σκοπός του είναι να κατευθύνει ένα πακέτο από την πηγή στον προορισμό του. 2
Δρομολογητής 3
Γενικά μπορείτε να φανταστείτε ότι ένα αντίστοιχο πρόβλημα είναι να βρει ένα παιδί τη διαδρομή ανάμεσα σε τραπέζια ενός εστιατορίου για να κατευθυνθεί στο τραπέζι των γονιών του. Ένας ενήλικας μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα εύκολα (κρίνοντας πολύ γρήγορα ποια διαδρομή είναι η βέλτιστη), το παιδί δεν έχει ακόμα την πλήρη εποπτεία του χώρου και την απαιτούμενη εμπειρία. Φανταστείτε ότι ο αλγόριθμος δρομολόγησης θα πρέπει να κρίνει με βάση αρκετά κριτήρια ποια διαδρομή θα πρέπει να επιλεχθεί για ένα πακέτο που κατευθύνεται προς ένα συγκεκριμένο προορισμό. 4
Η χρονική στιγμή που λαμβάνονται οι αποφάσεις δρομολόγησης εξαρτάται από το δίκτυο και ειδικότερα από το αν χρησιμοποιούνται νοητά κυκλώματα ή αυτοδύναμα πακέτα. Στην περίπτωση που το δίκτυο χρησιμοποιεί νοητά κυκλώματα, τότε η επιλογή της διαδρομής, που θα ακολουθήσουν τα πακέτα, λαμβάνεται κατά την εγκατάσταση του νοητού κυκλώματος και όλα τα δεδομένα της ίδιας σύνδεσης ακολουθούν τον ίδιο δρόμο (νοητό κύκλωμα). Εάν το δίκτυο χρησιμοποιεί αυτοδύναμα πακέτα, τότε τα πακέτα της ίδιας σύνδεσης δεν είναι απαραίτητο να ακολουθούν την ίδια διαδρομή. Η απόφαση για τη διαδρομή, που θα ακολουθήσει κάθε πακέτο, λαμβάνεται για καθένα ξεχωριστά. 5
Απλότητα: Ο αλγόριθμος πρέπει να είναι απλός - να περιέχει σαφείς και κατανοητούς κανόνες που να διέπουν τη λειτουργία του. Ορθότητα: Ο αλγόριθμος πρέπει να επιλύει σωστά το πρόβλημα της δρομολόγησης. Ανθεκτικότητα: Ο αλγόριθμός πρέπει να είναι σε θέση να αντιμετωπίζει αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου - π.χ. Στην περίπτωση που κάποιος ενδιάμεσος κόμβος ή γραμμή σύνδεσης σταματήσουν να λειτουργούν. Δικαιοσύνη: Τα πακέτα που προέρχονται από διαφορετικές συνδέσεις θα πρέπει να αντιμετωπίζονται με δίκαιο τρόπο. Για παράδειγμα δεν θα πρέπει τα πακέτα μιας σύνδεσης να καθυστερούν συνέχεια για να μεταδοθούν με μεγαλύτερη ταχύτητα τα πακέτα κάποιας άλλης. Βελτιστοποίηση: Στοχεύει στην καλύτερη δυνατή αξιοποίηση των πόρων του δικτύου. Για παράδειγμα στην μεγιστοποίηση της συνολικής κίνησης που εξυπηρετείται από το δίκτυο. 6
Το έργο της δρομολόγησης είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο γιατί χρειάζεται συντονισμός και συνεργασία όλων των ενδιάμεσων κόμβων του δικτύου και όχι μόνο των γειτονικών όπως απαιτείται από τα πρωτόκολλα των χαμηλότερων επιπέδων του OSI και του TCP/IP (π.χ. από το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων). Για τη δρομολόγηση σε ένα δίκτυο συνεργάζονται πολλοί αλγόριθμοι, οι οποίοι δουλεύουν λιγότερο ή περισσότερο ανεξάρτητα μεταξύ τους. 7
Οι δύο βασικές λειτουργίες ενός αλγόριθμου δρομολόγησης είναι: Η επιλογή της διαδρομής για τη μεταφορά των δεδομένων από την πηγή στον προορισμό τους. Η παράδοση των πακέτων στον προορισμό τους όταν πλέον έχει καθοριστεί η διαδρομή. Η παράδοση των πακέτων στον προορισμό τους γίνεται με τη χρήση των πινάκων δρομολόγησης. Η επιλογή της διαδρομής και η ενημέρωση των πινάκων δρομολόγησης αποτελεί ένα δύσκολο πρόβλημα το οποίο επηρεάζει την απόδοση του δικτύου. 8
Η ρυθμοαπόδοση (δηλ. ο ρυθμός μετάδοσης που επιτυγχάνεται) Η μέση καθυστέρηση (ο χρόνος δηλ. που χρειάζεται για να γίνει η δρομολόγηση των πακέτων στον προορισμό τους κατά μέσο όρο). 9
Η μέση καθυστέρηση που υφίστανται τα πακέτα, εξαρτάται από την διαδρομή που θα ακολουθήσουν μέχρι τον προορισμό τους. Η διαδρομή αυτή αποφασίζεται από τον αλγόριθμο δρομολόγησης. Επομένως, οι αποφάσεις του αλγόριθμου δρομολόγησης επηρεάζουν άμεσα τη μέση καθυστέρηση, που υφίσταται η κίνηση σε ένα δίκτυο. Όταν η καθυστέρηση αυξάνεται ιδιαίτερα, σημαίνει ότι η εισερχόμενη κίνηση δεν μπορεί να εξυπηρετηθεί. Μπορείτε να φανταστείτε τις γραμμές ενός δικτύου σαν μια οδική αρτηρία. Όταν η κίνηση είναι αυξημένη, τα αυτοκίνητα κινούνται με μικρότερη ταχύτητα. Αν η κίνηση αυξηθεί ακόμα περισσότερο θα δημιουργηθεί κυκλοφοριακή συμφόρηση (μποτιλιάρισμα) και η κίνηση σχεδόν θα σταματήσει. Αντίστοιχα φαινόμενα παρατηρούνται και στα δίκτυα δεδομένων. 10
Όταν η μέση καθυστέρηση αυξάνεται πάνω από ένα όριο, ενεργοποιείται ένας μηχανισμός προστασίας που ονομάζεται έλεγχος ροής. Στο οδικό δίκτυο αντίστοιχα, όταν υπάρχει μεγάλη κίνηση, εμφανίζονται οι τροχονόμοι (μηχανισμός προστασίας) που ρυθμίζουν ώστε η ροή να μην φρακάρει. Ο έλεγχος ροής εμποδίζει την είσοδο νέου φορτίου στο δίκτυο, όπως ακριβώς κάνει και ο τροχονόμος στο δρόμο. Σκοπός του ελέγχου ροής είναι να εξισορροπήσει την ρυθμοαπόδοση με την καθυστέρηση. Έτσι, όσο αποτελεσματικότερος είναι ο αλγόριθμος δρομολόγησης στο να διατηρεί χαμηλά την καθυστέρηση, τόσο περισσότερη κίνηση μπορεί να δεχθεί το δίκτυο και κατά συνέπεια τόσο μεγαλύτερη είναι η ρυθμοαπόδοση, που επιτυγχάνεται. 11
Συγκεντρωτικοί αλγόριθμοι: Οι αποφάσεις δρομολόγησης λαμβάνονται σε ένα κεντρικό κόμβο ο οποίος γνωρίζει την κατάσταση του δικτύου και οι πίνακες δρομολόγησης που θα διατηρεί έχουν μεγάλο μέγεθος. Ο κόμβος πρέπει να έχει δυνατότητα αποθήκευσης δεδομένων, ισχυρό επεξεργαστή για γρήγορη αναζήτηση στους πίνακες. Κατανεμημένοι αλγόριθμοι: Οι αποφάσεις δρομολόγησης λαμβάνεται μεταξύ των κόμβων του δικτύου οι οποίοι επικοινωνούν μεταξύ τους και ανταλλάσσουν πληροφορίες για να λάβουν σωστότερες αποφάσεις (π.χ. μαθαίνουν το φορτίο που αντιμετωπίζει τη δεδομένη στιγμή κάποιο συγκεκριμένο τμήμα του δικτύου, ώστε αν χρειάζεται και είναι εφικτό να αποφεύγουν να χρησιμοποιήσουν τη συγκεκριμένη διαδρομή). Στατικοί αλγόριθμοι: Χρησιμοποιούν σταθερές διαδρομές για τη μεταφορά των δεδομένων. Οι διαδρομές είναι ανεξάρτητες από την κίνηση του δικτύου και αλλάζουν μόνο όταν ένας κόμβος ή γραμμή τεθούν εκτός λειτουργίας. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε σχετικά απλά δίκτυα καθώς δεν μπορούν να επιτύχουν μεγάλες ρυθμοαποδόσεις και είναι ακατάλληλοι για δίκτυα που το φορτίο έχει μεγάλες διακυμάνσεις. Αλγόριθμοι προσαρμοζόμενης δρομολόγησης: τροποποιούν τις διαδρομές ανάλογα με το φόρτο των γραμμών του δικτύου. Για παράδειγμα, όταν αντιληφθούν ότι ένα τμήμα του δικτύου έχει υποστεί συμφόρηση, μπορούν να τροποποιήσουν τις διαδρομές τους ώστε τα πακέτα να ακολουθούν διαδρομή που δεν περνάει από αυτό το τμήμα. Για να αποφασίσουν για τις διαδρομές, οι αλγόριθμοι αυτοί μετρούν ή εκτιμούν έμμεσα την κίνηση του δικτύου (ενημερώνονται με μηνύματα σχετικά με την κίνηση του δικτύου από αντίστοιχους αλγόριθμους απομακρυσμένων κόμβων). 12
Συντομότερη διαδρομή α) Με βάση τον αριθμό γραμμών που την αποτελούν. β) Μέση καθυστέρηση (ουράς και μετάδοσης). γ) Χρησιμοποίηση τους εύρους ζώνης της γραμμής του δικτύου. Αριθμό Πακέτων που περιμένουν προς μετάδοση στην ουρά εξόδου. Κόστος Γραμμής: Είναι μια συνάρτηση στην οποία συμμετέχουν με διαφορετικούς συντελεστές βαρύτητας οι παράγοντες: μέση καθυστέρηση, μέσο μήκος ουράς, χρήση εύρους ζώνης. 13
Στα δίκτυα TCP/IP ξέρουμε ότι το πρωτόκολλο IP είναι υπεύθυνο για την μεταφορά των αυτοδύναμων πακέτων στο προορισμό τους (όπως δηλώνεται από τη διεύθυνση προορισμού), αλλά δεν έχουμε πει ακόμα με ποιο τρόπο πραγματοποιείται η δρομολόγηση. 14
Θα πρέπει καταρχήν να διευκρινίσουμε ότι σε ένα δίκτυο TCP/IP δεν είναι όλοι οι κόμβοι υπεύθυνοι να εκτελούν υπηρεσίες δρομολόγησης. Γενικά μπορούμε να διακρίνουμε δύο είδη κόμβων: Τους τελικούς υπολογιστές - hosts: Οι υπολογιστές αυτοί παίρνουν αποφάσεις δρομολόγησης μόνο για τα δικά τους αυτοδύναμα πακέτα. Όταν λαμβάνουν πακέτα που δεν προορίζονται για αυτούς, δεν εκτελούν καμιά διαδικασία για να τα προωθήσουν στον πραγματικό προορισμό τους. Τους δρομολογητές - routers: Τα μηχανήματα αυτά παίρνουν αποφάσεις δρομολόγησης για όλα τα πακέτα που λαμβάνουν και τα προωθούν στον προορισμό τους. 15
Η διάκριση των συσκευών σε τελικούς υπολογιστές και δρομολογητές είναι περισσότερο λογική και όχι φυσική, αφού έχει να κάνει με το σκοπό και λειτουργία του μηχανήματος και όχι τη φυσική του υπόσταση. Ένας κανονικός υπολογιστής μπορεί να λειτουργήσει ως δρομολογητής αν τον εξοπλίσουμε με το κατάλληλο λογισμικό. Σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιούμε ως δρομολογητές εξειδικευμένα μηχανήματα (routers). Όταν χρησιμοποιούμε κανονικό υπολογιστή για δρομολόγηση, είναι δυνατόν το ίδιο μηχάνημα να έχει και το ρόλο του τελικού μηχανήματος (αυτό συνήθως συμβαίνει σε μικρά δίκτυα). Αντίστοιχα, σε πολύ μεγάλα δίκτυα ένας εξειδικευμένος δρομολογητής μπορεί να είναι απλώς ένας πολύ ισχυρός γενικός υπολογιστής με κατάλληλο πρόγραμμα. 16
Βασικό ρόλο στη διαδικασία δρομολόγησης έχει ο πίνακας δρομολόγησης. Το πρωτόκολλο IP χρησιμοποιεί αυτό τον πίνακα για να πάρει όλες τις αποφάσεις που έχουν να κάνουν με την δρομολόγηση πακέτων στον προορισμό τους. Ο αλγόριθμος δρομολόγησης που χρησιμοποιείται από το πρωτόκολλο IP για τη δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων διακρίνει δύο περιπτώσεις: Άμεση Δρομολόγηση (direct routing) Έμμεση Δρομολόγηση (indirect routing) 17
Στην περίπτωση αυτή ο υπολογιστής προορισμού βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο με τον υπολογιστή αποστολής. Το πακέτο μπορεί να σταλεί απευθείας χωρίς άλλα βήματα, και άρα δεν γίνεται καμιά προώθηση του πακέτου. Πρόκειται για την απλούστερη μορφή δρομολόγησης. Για παράδειγμα, αν ο υπολογιστής αποστολής έχει διεύθυνση 223.1.2.1 και ο προορισμού 223.1.2.3, βρίσκονται και οι δύο στο ίδιο δίκτυο, το 223.1.2. Στην περίπτωση αυτή το πακέτο μπορεί να σταλεί απευθείας και δεν απαιτούνται επιπλέον βήματα. Ethernet δίκτυο υπολογιστών: οι Η/Υ έχουν ίδια διεύθυνση δικτύου, 223.1.2.Χ και την αντίστοιχη φυσική διεύθυνση (MAC). Τα πακέτα δρομολογούνται απευθείας. 18
Στην περίπτωση αυτή ο υπολογιστής προορισμού βρίσκεται σε διαφορετικό δίκτυο από τον υπολογιστή αποστολής. Θα πρέπει το πακέτο να δρομολογηθεί μέσω των κατάλληλων δρομολογητών για να φτάσει στον προορισμό του. Προφανώς για το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιηθούν οι πίνακες δρομολόγησης που αναφέραμε προηγουμένως. Τρία TCP/IP δίκτυα που συνδέονται σε ένα δρομολογητή Δ. Το κάθε δίκτυο χρησιμοποιεί ως φυσικό δίκτυο ένα Ethernet δίκτυο. Ο IP δρομολογητής έχει 3 IP και 3 Ethernet διευθύνσεις. Άμεση δρομολόγηση σε κάθε τοπικό δίκτυο. 19
Με την ανάπτυξη του Διαδικτύου, το οποίο σήμερα διασυνδέει εκατομμύρια υπολογιστές, το μέγεθος του πίνακα δρομολόγησης αυξάνει επικίνδυνα, σε σημείο που να γίνεται προβληματική η διαχείρισή του. Γι αυτό αναπτύχθηκαν στρατηγικές για την μείωση του μεγέθους των πινάκων δρομολόγησης. 20
Στο δίκτυο υπάρχει ένας μόνο δρομολογητής, που οδηγεί έξω από αυτό. Δεν χρειάζεται να έχουμε στον πίνακα δρομολόγησης ξεχωριστή εγγραφή για κάθε δίκτυο, που υπάρχει στον κόσμο. Απλά, ορίζουμε τον δρομολογητή ως προεπιλεγμένο και γνωρίζουμε εκ των προτέρων, ότι όλη η εξερχόμενη κίνηση του δικτύου, ανεξάρτητα από τον προορισμό της, διεκπεραιώνεται από αυτόν. 21
Πρόκειται για το μηχάνημα που ονομάζουμε προεπιλεγμένη πύλη ή default gateway. Σε ένα συνηθισμένο μικρό δίκτυο μπορεί να υπάρχει μόνο αυτός. 22
Το δίκτυο διαθέτει περισσότερους από έναν δρομολογητές και ένας από αυτούς χρησιμοποιείται σαν προεπιλεγμένος δρομολογητής. Σε αυτό το δρομολογητή προωθούνται τα αυτοδύναμα πακέτα τα οποία στην επικεφαλίδα τους δεν καθορίζουν κάποιον από τους άλλους διαθέσιμους δρομολογητές. Εάν ο προεπιλεγμένος δρομολογητής δεν μπορεί να προωθήσει κάποιο αυτοδύναμο πακέτο στον προορισμό του, υπάρχει η πρόβλεψη, ώστε οι δρομολογητές να στέλνουν μήνυμα, που να αναφέρει: «Δεν είμαι η καλύτερη επιλογή δρομολογητή - χρησιμοποίησε τον δρομολογητή Χ». Το μήνυμα αυτό στέλνεται μέσω του πρωτοκόλλου ICMP. Τα μηνύματα αυτά χρησιμοποιούνται από τα περισσότερα λογισμικά επιπέδου δικτύου, για να εισάγουν νέες εγγραφές και να ενημερώνουν τους πίνακες δρομολόγησης. 23
Έστω το δίκτυο με διεύθυνση 128.6.4 του Πανεπιστημίου Αθηνών, με δύο δρομολογητές τον 128.6.4.59 και 128.6.4.1. Ο 128.6.4.59 συνδέει το δίκτυο με άλλα δίκτυα που βρίσκονται επίσης μέσα στο πανεπιστήμιο, ενώ ο 128.6.4.1 συνδέει το δίκτυο απευθείας με το Πανεπιστήμιο Πειραιώς. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ορίσει τον 128.6.4.59 ως προεπιλεγμένο και δεν έχουμε άλλες εγγραφές στον πίνακα δρομολόγησης. Τι θα συμβεί αν δημιουργήσουμε και προσπαθήσουμε να στείλουμε ένα αυτοδύναμο πακέτο προς το Πανεπιστήμιο Πειραιά; 1. Καθώς δεν υπάρχει άλλη γραμμή στον πίνακα δρομολόγησης, το πακέτο θα κατευθυνθεί προς τον προεπιλεγμένο δρομολογητή, τον 128.6.4.59. Αυτός όμως συνδέει το δίκτυο με άλλα δίκτυα εντός του Πανεπιστημίου Αθηνών. 2. Καθώς ο δρομολογητής αυτός δεν είναι ο σωστός για τον προορισμό, θα στείλει το πακέτο στο ρομολογητή 128.6.4.1 για να το προωθήσει. Ταυτόχρονα θα στείλει και ένα μήνυμα λάθους στο σύστημα που δημιούργησε το αυτοδύναμο πακέτο. Το μήνυμα αυτό θα σταλεί μέσω του ICMP και θα είναι κάτι σαν αυτό: Για δρομολόγηση στο Πανεπιστήμιο Πειραιά, χρησιμοποιήστε το δρομολογητή 128.6.4.1. 3. Ο υπολογιστής που θα λάβει το μήνυμα ICMP, θα το χρησιμοποιήσει για να προσθέσει μια εγγραφή στον πίνακα δρομολόγησης του. Κατά συνέπεια, κάθε αυτοδύναμο πακέτο που θα παράγει από αυτό το σημείο και μετά με προορισμό το Πανεπιστήμιο Πειραιά, θα στέλνεται απευθείας στον δρομολογητή 128.6.4.1. 24
ΔΠ = Διεύθυνση Προορισμού, ΔΔΠ = Διεύθυνση Δικτύου Προορισμού Ξεχώρισε τη ΔΠ από το αυτοδύναμο πακέτο Υπολόγισε τη ΔΔΠ από τη ΔΠ Αν η ΔΔΠ ανήκει σε δίκτυο με το οποίο ο δρομολογητής είναι άμεσα συνδεδεμένος Προώθησε το πακέτο προς τον προορισμό του μέσω του δικτύου με τη ΔΔΠ Διαφορετικά Αν η ΔΠ υπάρχει στον πίνακα δρομολόγησης με βάση τον υπολογιστή προορισμού Δρομολόγησε το πακέτο όπως αναγράφει ο πίνακας Διαφορετικά Αν η ΔΔΠ υπάρχει στον πίνακα δρομολόγησης Δρομολόγησε το πακέτο όπως αναγράφει ο πίνακας Διαφορετικά Αν έχει προσδιοριστεί πρότυπη διαδρομή Δρομολόγησε το αυτοδύναμο πακέτο προς τον αντίστοιχο δρομολογητή Διαφορετικά σημείωσε λάθος στη δρομολόγηση 25
Απλό δίκτυο τριών υπολογιστών τύπου Ethernet. Και οι τρεις υπολογιστές έχουν την ίδια διεύθυνση δικτύου, άρα τα πακέτα μπορούν να δρομολογηθούν απευθείας από τον ένα στον άλλο, χωρίς τη μεσολάβηση κάποιου δρομολογητή. Κάθε μηχάνημα διαθέτει μια διεύθυνση IP που φαίνεται στο σχήμα. 26
Όταν ο υπολογιστής Α στέλνει ένα IP αυτοδύναμο πακέτο στο Β, στην επικεφαλίδα του ορίζονται σαν IP διευθύνσεις πηγής και προορισμού, οι IP διευθύνσεις των υπολογιστών Α και Β αντίστοιχα. Ομοίως στην επικεφαλίδα του Ethernet πακέτου, που σχηματίζεται κατά τη μετάδοση του αυτοδύναμου πακέτου στο φυσικό δίκτυο, ορίζονται σαν Ethernet διευθύνσεις πηγής και προορισμού οι Ethernet διευθύνσεις των υπολογιστών Α και Β αντίστοιχα. Αυτό φαίνεται στον επόμενο πίνακα: 27
Στην παραπάνω περίπτωση απλής μεταφοράς πακέτων από το Α στο Β, το πρωτόκολλο IP δεν προσφέρει κάποια επιπλέον υπηρεσία σε σχέση με αυτές που παρέχονται ήδη από το φυσικό επίπεδο Ethernet. Για την ακρίβεια, μάλλον μας επιβαρύνει τη στιγμή που θα πρέπει να δημιουργηθεί, μεταδοθεί και αναλυθεί σε κάθε περίπτωση η αντίστοιχη επικεφαλίδα IP. Θυμηθείτε ότι αν και στο Ethernet κάθε μηχάνημα μπορεί να δει όλες τις μεταδόσεις των υπολοίπων (αφού βρίσκονται πρακτικά πάνω στο ίδιο φυσικό μέσο), ο κάθε κόμβος μπορεί να ξεχωρίζει ποια δεδομένα προορίζονται για αυτόν κοιτάζοντας ήδη στο φυσικό επίπεδο την επικεφαλίδα Ethernet προορισμού. Όπως έχουμε πει αυτή είναι μια γρήγορη διαδικασία η οποία γίνεται από την κάρτα δικτύου δεν χρειάζεται να φτάσουμε μέχρι το επίπεδο δικτύου και την επικεφαλίδα IP για να δούμε αν το πακέτο προορίζεται για το συγκεκριμένο μηχάνημα. 28
Όταν το πρωτόκολλο IP του B λάβει το IP αυτοδύναμο πακέτο από το Α, θα εξετάσει την IP διεύθυνση προορισμού για να δει αν είναι ίδια με τη δική του (και θα είναι φυσικά, γιατί θα έχει ήδη επιλεγεί με βάση την Ethernet διεύθυνση). Αν είναι, το πακέτο θα περάσει στα ανώτερα επίπεδα. Η επικοινωνία του Α με το Β γίνεται με άμεση δρομολόγηση. 29
Στο σχήμα φαίνεται ένα δίκτυο το οποίο αποτελείται από τρία TCP/IP δίκτυα που ενώνονται μεταξύ τους με τη βοήθεια ενός δρομολογητή (Δ). Το κάθε δίκτυο χρησιμοποιεί Ethernet και αποτελείται από τρεις υπολογιστές. 30
Ο δρομολογητής Δ είναι ένας ΙΡ δρομολογητής, που συνδέει τρία TCP/IP δίκτυα και επομένως έχει τρεις ΙΡ και τρεις Ethernet διευθύνσεις, από ένα ζεύγος για κάθε δίκτυο. Κάθε επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών, που βρίσκονται στο ίδιο TCP /IP δίκτυο, γίνεται σύμφωνα με την άμεση δρομολόγηση. Ο δρομολογητής Δ συνδέεται απευθείας με κάθε ένα από τα τρία δίκτυα άρα η επικοινωνία του με κάθε έναν από τους υπολογιστές των δικτύων γίνεται σύμφωνα με την άμεση δρομολόγηση. 31
Όταν η επικοινωνία γίνεται μεταξύ ενός υπολογιστή ενός δικτύου σε ένα άλλο του ίδιου δικτύου, ο δρομολογητής δεν κάνει τίποτα. Για παράδειγμα, αν ο υπολογιστής Α στείλει ένα πακέτο στον Β, καθώς και οι δύο βρίσκονται στο ίδιο υποδίκτυο η δρομολόγηση είναι άμεση και ακολουθεί τους απλούς κανόνες που παρουσιάσαμε στην προηγούμενη ενότητα. 32
Yποθέστε ότι ο υπολογιστής Α θέλει να επικοινωνήσει με τον υπολογιστή Ε. Είναι εμφανές ότι δεν υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ Α και Ε, άρα τα πακέτα θα πρέπει να περάσουν διαμέσου του δρομολογητή (Δ). Παρατηρήστε ότι καθώς ο δρομολογητής (Δ) έχει μια σύνδεση σε καθένα από τα δίκτυα, η δρομολόγηση πακέτων προς αυτόν είναι άμεση. Από τον Α όμως προς τον Ε η επικοινωνία δεν είναι άμεση, καθώς παρεμβάλλεται ο (Δ). Μια τέτοια επικοινωνία ονομάζεται έμμεση. 33
Για να στείλει το πακέτο ο υπολογιστής Α στον υπολογιστή Ε, θέτει ως IP διεύθυνση πηγής τη δική του και ως IP διεύθυνση προορισμού την διεύθυνση του Ε. Αντίστοιχα θέτει ως διεύθυνση Ethernet πηγής τη δική του, αλλά ως διεύθυνση Ethernet προορισμού την διεύθυνση του δρομολογητή Δ. Αυτό συμβαίνει επειδή ο Α δεν μπορεί να στείλει απευθείας (άμεσα) το πακέτο στον Ε καθώς δεν είναι στο ίδιο δίκτυο (Δεν γνωρίζει την Ethernet διεύθυνση του Ε). Βάζοντας ως διεύθυνση Ethernet προορισμού την αντίστοιχη του δρομολογητή (Δ), το πακέτο θα κατευθυνθεί στο δρομολογητή. Το πρωτόκολλο ΙΡ του Δ λαμβάνει το πακέτο, εξετάζει την ΙΡ διεύθυνση, βλέπει ότι δεν είναι του Δ αλλά του Ε, και προωθεί το αυτοδύναμο πακέτο προς το Ε, θέτοντας ως Ethernet διεύθυνση τη διεύθυνση του Ε. 34
Η διαφορά με την άμεση δρομολόγηση που εξετάσαμε,είναι στην επικεφαλίδα Ethernet προορισμού. Όταν γίνεται έμμεση δρομολόγηση, η επικεφαλίδα αυτή δείχνει πάντα την διεύθυνση Ethernet του δρομολογητή που ενώνει τα δίκτυα μεταξύ τους. Ο Δ για να στείλει το πακέτο στον υπολογιστή E, αλλάζει την διεύθυνση Ethernet προορισμού με αυτήν του Ε. Τελικά, το πακέτο που φεύγει από τον δρομολογητή για τον Ε, έχει τα παρακάτω: 35
Θα μελετήσουμε πως γίνεται η δρομολόγηση στο Διαδίκτυο, με τη βοήθεια του πίνακα δρομολόγησης. Το πρωτόκολλο IP προσδιορίζει το σημείο διεπαφής δικτύου που πρόκειται να χρησιμοποιήσει διαβάζοντας την αντίστοιχη γραμμή στον πίνακα,χρ ησιμοποιώντας ως κλειδί αναζήτησης την διεύθυνση δικτύου προορισμού. Ο πίνακας δρομολόγησης έχει μία εγγραφή για κάθε διαδρομή. 36
Ο πίνακας δρομολόγησης έχει μια εγγραφή (καταχώρηση) για κάθε διαδρομή με βασικές στήλες: Αριθμός Δικτύου IP: Η διεύθυνση δικτύου προορισμού όπως προκύπτει από την IP προορισμού. Π.χ. IP 223.1.2.3 και μάσκα 255.255.255.0 =>δίκτυο προορισμού 223.1.2 Αναγνωριστικό Άμεσης / Έμμεση Δρομολόγησης. Στη στήλη αυτή γράφεται αν η δρομολόγηση θα είναι άμεση (δηλ. ο προορισμός βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο) ή έμμεση (θα παρεμβληθεί κάποιος δρομολογητής) IP Διεύθυνση Δρομολογητή - η IP διεύθυνση του δρομολογητή (όταν έχουμε άμεση δρομολόγηση το πεδίο είναι κενό). Αριθμός Διεπαφής Δικτύου Αν ο Η/Υ έχει περισσότερες από μια κάρτες δικτύου (συνδεδεμένος σε περισσότερα από 1 δίκτυα), από εδώ διευκρινίζεται από ποια κάρτα δικτύου θα δρομολογηθεί. Αν έχουμε μια μόνο κάρτα δικτύου διεπαφή τότε θα έχει πάντα την ίδια τιμή π.χ. 1. 37
Όταν ο υπολογιστής Α στέλνει ένα αυτοδύναμο πακέτο στον Β: Προσδιορίζει σαν IP διεύθυνση προορισμού την IP διεύθυνση του Β (223.1.2.2). To πρωτόκολλο IP από την IP διεύθυνση του Β παίρνει τη διεύθυνση του δικτύου, στο οποίο ανήκει ο Β (223.1.2) με τη χρήση κατάλληλης μάσκας. Το πρωτόκολλο ΙΡ διερευνά την πρώτη στήλη του πίνακα δρομολόγησης, για να δει, εάν υπάρχει εγγραφή με την ίδια καταχώρηση στη στήλη Δίκτυο. Με τη βοήθεια ενός ARP πίνακα από την IP διεύθυνση του υπολογιστή Β προκύπτει και η Ethernet διεύθυνση του, και το Ethernet πακέτο διαβιβάζεται κατευθείαν στον υπολογιστή Β μέσω της διεπαφής ένα. 38
Όταν ο υπολογιστής Α στέλνει ένα αυτοδύναμο πακέτο στον Ε. Ο Α προσδιορίζει ως IP διεύθυνση προορισμού την αντίστοιχη διεύθυνση του Ε (223.1.3.2). To πρωτόκολλο IP από την IP διεύθυνση του Ε λαμβάνει τη διεύθυνση του δικτύου στο οποίο ανήκει ο Ε (223.1.3). Στη συνέχεια, διερευνά την πρώτη στήλη του πίνακα δρομολόγησης, για να δει, εάν υπάρχει εγγραφή με την ίδια καταχώρηση στη στήλη Δίκτυο. 39
Στον πίνακα υπάρχει ίδια διεύθυνση στη δεύτερη καταχώρηση. Η καταχώρηση αυτή υποδεικνύει, ότι οι υπολογιστές του δικτύου 223.1.3 μπορούν να προσπελασθούν με έμμεση δρομολόγηση μέσω του δρομολογητή Δ. Με τη βοήθεια ARP πίνακα, από την IP διεύθυνση του υπολογιστή Δ προκύπτει η Ethernet διεύθυνση του, και το Ethernet πακέτο διαβιβάζεται κατευθείαν στον υπολογιστή Δ μέσω του σημείου επαφής 1. Πρέπει να σημειωθεί, ότι δεν αλλάζει η IP διεύθυνση προορισμού - αυτή εξακολουθεί να δείχνει στον υπολογιστή Ε. Βάζοντας όμως την Ethernet διεύθυνση προορισμού του Δ, το 40 πακέτο θα παραληφθεί από το δρομολογητή.
To πακέτο φτάνει στο σημείο διεπαφής 1 (στην κάρτα δικτύου του Α) και περνάει στο δίκτυο Ανάπτυξης. Παραλαμβάνεται από τον δρομολογητή Δ και φτάνει μέχρι το επίπεδο δικτύου του πρωτοκόλλου. Εκεί διαπιστώνεται ότι δεν προορίζεται πραγματικά για τον Δ, αφού η IP διεύθυνση προορισμού του δείχνει στον υπολογιστή Ε του Λογιστηρίου. 41
To πρωτόκολλο IP του υπολογιστή Δ από την IP διεύθυνση προορισμού του αυτοδύναμου πακέτου (διεύθυνση του υπολογιστή Ε) παίρνει τη διεύθυνση του δικτύου, στο οποίο ανήκει ο Ε (223.1.3) και διερευνά την πρώτη στήλη του πίνακα δρομολόγησης για να δει, εάν υπάρχει κάποια εγγραφή με την ίδια καταχώρηση στη στήλη Δίκτυο. Η διεύθυνση, εντοπίζεται στη δεύτερη εγγραφή του πίνακα. 42
Το πρωτόκολλο IP στέλνει το IP αυτοδύναμο πακέτο κατευθείαν στον υπολογιστή Ε μέσω του σημείου διεπαφής 3. Στο αυτοδύναμο πακέτο, που κατευθύνεται στον υπολογιστή Ε, η IP διεύθυνση προορισμού, είναι η αντίστοιχη του Ε. Το ίδιο ισχύει και για την Ethernet διεύθυνση προορισμού. Όταν το Ethernet πακέτο φθάσει στον υπολογιστή Ε μέσω του σημείου διεπαφής 3, διαβιβάζεται στο πρωτόκολλο IP του υπολογιστή Ε. Το πρωτόκολλο IP ελέγχει την IP διεύθυνση προορισμού, αναγνωρίζει, ότι είναι η δικιά του και περνά το αυτοδύναμο 43 πακέτο στα πρωτόκολλα ανωτέρου επιπέδου.
Ο αλγόριθμος δρομολόγησης αποτελεί τμήμα του επιπέδου μεταφοράς Σωστό Λάθος Ο αλγόριθμος δρομολόγησης αποτελεί τμήμα του επιπέδου δικτύου Σωστό Λάθος Δρομολόγηση ονομάζεται το έργο εύρεσης του πως θα φτασει ένα πακέτο στον προορισμό του καθορισμού του επόμενου δρομολογητή Ιδιότητες που είναι επιθυμητές για κάθε αλγόριθμο δρομολόγησης είναι:(5 σωστές απαντήσεις) Απλότητα βελτιστοποίηση δικαιοσύνη Ανθεκτικότητα Ορθότητα μέση καθυστέρηση ρυθμαπόδοση 44
Αντιστοιχήστε τους παρακάτω αλγόριθμους δρομολόγησης με την κατάλληλη μέθοδο λήψης αποφάσεων: Αλγόριθμος προσαρμοζόμενης δρομολόγησης 1β, 2γ, 3α, 4δ 45
Να χαρακτηρίσετε Σωστό ή Λάθος τις παρακάτω προτάσεις: Όταν η καθυστέρηση σε ένα δίκτυο αυξάνει η Λ ρυθμαπόδοση αυξάνεται και αυτή. Μία από τις στρατηγικές που έχει στόχο τη μείωση του Σ μεγέθους των πινάκων δρομολόγησης είναι η χρήση προεπιλεγμένου δρομολογητή. Mια συσκευή μπορεί να αναλάβει το διπλό έργο του δρομολογητή και του τελικού υπολογιστή σε ένα δίκτυο. Σ 46
Δίνεται το παρακάτω δίκτυο με αριθμημένα τα σημεία διεπαφής δικτύου. Δώστε τη δομή του πίνακα δρομολόγησης (τις βασικές στήλες από τις οποίες αποτελείται) και συμπληρώσετε τον για τον δρομολογητή Δ2. 47
Να περιγράψετε τα τρία (3) κριτήρια, με βάση τα οποία οι αλγόριθμοι δρομολόγησης λαμβάνουν τις αποφάσεις τους. 48